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BIBLIOTECA
CEKlgAL e
ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL
FACULTAD DE INGENIERíA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACIÓN
‘‘Diseño y Construcción de un Troceador Clase B Conmutado por Corriente”.
INFORME TÉCNICQ
Previo a la obtención del tÍtulo de:
INGENIERO ELÉCTRICO
presentada por:
Manuel Chalén Guerrero Marco Diaz Medina
Edwin Escobar Medina Edison Panchana Tigrero
Alex Plazas Jorge RamÍrez Ortiz Sara Ríos Qrellana
Guayaquil - Ecuador
1996
AGRADEClMlENTO
A nuestros Padres por su
constante apoyo
Al Ing. Alberto Larco,
Profesor del Tópico, por su
ayuda y colaboración
para la realización de este
proyecto.
DEDlCATORiA
A nuestros Padres y hermanos.
R E S U M E N
En el presente informe técnico se realiza el diseño y estudio teórico,
simulado y experimental de un Troceador Clase B Conmutado por
Corriente y su controi que comanda la velocidad de un motor DC de 12 V.
En la primera parte se hace un estudio teórico sobre el
funcionamiento de un troceador clase B conmutado por corriente cuyos
componentes de switcheo A partir de
características nominales del motor y de los elementos de switcheo
realizó el cálculo de los parárnetros del circuito de conmutación. Par
disparo de los SCR se usó una onda controlada por modulación de anc
son los SCR de potencia.
de p u b .
Partiendo de parametros prefijados, en el segundo capítulo se
realizó el diseño del circuito de control. Para tal efecto el circuito fue
divido en etapas y se procedió a analizar y diseñar una por una de
acuerdo a los requerimientos de funcionamiento final.
En el tercer capítulo se realizó la simulación del circuito de fuerza y
del circuito de control, usando para tal propósito el programa Pspice bajo
ambiente de Windows. Se incluyen los archivos de salida de las diversas
etapas y los gráficos de los diferentes voltajes y corrientes que se
obtuvieron.
En el cuarto capítulo se analizan los resultados que se obtuvieron
experimentalmente y se realiza una comparación con la simwlación y con
los datos teóricos. También se inciuyen diversas gráficas obtenidas
experimentalmente durante las pruebas del troceador y su control.
Finalmente se presenta un estudio económico sobre el precio total
de construcción de un troceador de estas características, incluyendo los
valores de los elementos de la parte de fuerza, de conmutación y de
control.
í N D i C E G E N E R A L
RESUMEN . iV
lNDlCE GENERAL . . v jNDlCE DE FiGURAS . Vil
INTRODUCCIÓN . . 9
CAPITULO I TRQCEADORES
1 . 1 .
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
1.8.
Funcionamiento Básico .
Tipos de Troceadores . Análisis del circuito de fuerza cuando trabaja en el primer
cuadrante .
Análisis del circuito de conmutación por corriente del troceador
cuando trabaja en el primer cuadrante. .
Diseño del circuito de conmutación
Resultados de los cálculos realizados para ef diseño del circuito
de conmutación. .
Circuito de fuerza del troceador clase B .
Conmutación de un troceador clase B .
10
1 1
14
16
25
26
29
35
CAPITULO I I CIRCUITO DE CONTROL
2.1. Características del circuito de control .
2.1 . 1 Funcionamiento bksico del troceador y su control
2.2. Regulador de frecuencia . 2.3. Generador de rampa
2.4. Comparador . 2.5. Circuito inversor y RC .
2.6. Generador del pulso principal VG1 .
2.7. Generador del pulso de conmutación VGl? .
2.8. Generador del primer tiempo de separación .
2.9. Generador del pulso principal VG2.
2.1 O. Generador del pulso de conmutación VG22 . 2.1 1 . Generador del segundo tiempo de separación .
39
39
43
44
48
49
50
53
56
5a
61
63
CAPITULO t l l SIMULACIÓN DEL TROCEADOR
3.1. Simulación del circuito de fuerza del troceador .
3.2. Simulación circuito de control del troceador . 3.2.1. Simulación del circuito regulador de frecuencia .
3.2.2. Simulación del circuito generador de rampa .
3.2.3. Simulación del circuito comparador
3.2.4. Simulación del circuito generador del pulso principal VGJ
3.2.5. Simulación del circuito generador del pulso de
conmutación V G I 1 . 3.2.6. Simulación del circuito generador del primer tiempo
de separación.
3.2.7. Simulación del circuito generador del pulso principal VG2
3.2.8. Simulación del circuito generador del pulso de
conmutación VG22. .
3.2.9. Simulación del circuito generador del segundo tiempo
de separación . CAPITULO IV RESULTADOS EXPERIMENTALES
4.1. Respuestas del circuito de fuerza del troceador .
4.2. Respuestas del circuito de control del troceador . 4.3. Listados de componentes .
4.3.1 Datos del motor usados en la parte experimental .
4.4. Diseño del circuito impreso y construcción de la tarjeta.
CAP1 TU LO V
5.1. Costo de los diferentes componentes .
5.2. Análisis de costos
CONCLUSIONES .
BIBLIOGRAFíA
CO NS f DER AC ION ES ECONÓMIC AS
66
81
81
84
87
92
.1t5
118
122
129
131
131
136
1 39
140
142
í m i c E D E F I G U R A S
NO.
1 .1 . Funcionamiento Básico . 1.2. Tipo de Troceadores . 1.3. Troceador Tipo B . 1.4. Troceador Tipo E . 1.5. Troceador clase A conmutado por corriente . 1.6. Funcionamiento Básico del troceador y su control 1.7 Circuito de fuerza del Troceador clase 5 . 1.8 Principios Básicos del Troceador Clase 5 . 1.9 Principios Básicos del Troceador Clase B . 1.1 0. Conmutación del Troceador Clase 5 2.1. Funcionamiento básico del Troceador y su control 2.2. Diagramas de tiempo 2.3. Diagrama de tiempo del Regulador de frecuencia 2.4. Regulador de Frecuencia . 2.5. Generador de rampa 2.6. Esquema del Generador de Rampa 2.7. Diagrama de tiempo del generador de rampa . 2.8. Comparador . 2.9 Diagrama de Tiempo del Comparador . 2.1 O Cricuito inversor y RC . 2.1 1 Generador del Pulso principal Q? . 2.1 2 Diagramas de tiempo del generador del pulso principal Q i 2.13 Generador del pulso de consr?utación Q11
2.1 4 Diagramas de tiempo del generador de pulso Q 7 1 2.1 5 Generador del primer tiempo de separación 2.1 6 Diagrama de tiempo del circuito generador del tiempo tc 2.1 7 Generador del pulso principal Q2 . 2.1 8 Diagramas de tiempo del circuito generador del pulso Q2 2.1 9 Generador del pulso de conmutación Q22 2.20 Diagramas de tiempo del circuito generador del pwlso Q22 2.21 Generador del segundo tiempo de separación . 2.22 Diagramas de tiempo del segundo tiempo de separación 3.1 Circuito de fuerza del troceador clase 5 conmutado por corriente 3.2 Respuestas de la simulación . 3.3 Respuestas de la simulación . 3.4 Respwestas de la simulación . 3.5 Respuestas de la simulación . 3.6 Respuestas de la simulación . 3.7 Respuestas de la simulación . 3.8 Respuestas de la simulación . 3.9 Respuestas de la simulación . 3.1 O Simulación del circuito regulador de frecuencia. 3.1 1 Circuito regulador de frecuencia . 3.1 2 Respuestas de la simulación . 3.1 3 Simulación del circuito generador de rampa
.
54 .
. .
.
.
.
.
Pag.
10 12 13 14 17 20 29 31 32 37 41 41 43 44 .45 47 47 .48 49 50 51 52
55 57 58 59 60 6'1 62 64 65 68 69 70 71 72 73 74 75 76 88 82 83 a 4
3.1 4 Circuito generador de rampa 85
3.1 5 Respuestas de la simulación . 86 87 88 89 9 c 91
3.2 1 Simulación del circuito generador del pulso principal V G 1 . 92
94 95 96 97
3.27 Simulación del circuito generador del pulso de conmutación VG1 1 98 99
1 O0 1 O?
3.31 102 3.32 Circuito generador del primer tiempo de separación . 103 3.33 Respuestas de la simulación . 104
1 o5 3.35 Circuito generador del pulso VG2 . 106
1 O8 109 110
3.40 Simulación del circuito generador del puiso de ~onmutación VG22 1 i 1
3 13 134 115 116 117
3.1 6 Simulación del circuito comparador 3.1 7 Circuito comparador . 3.1 8 Respuestas de la simuiación . 3.1 9 Respuestas de la simulación . 3.20 Respuestas de la simulación .
3.22 Circuito generador del puiso VG1 . 9s 3.23 Circuito acoplador de los pulso VG1 3.24 Respuestas de la simulación . 3.25 Respuestas de la simulación . 3.26 Respuestas de la simulaci6n .
3.28 Circuito generador del pulso V G I 1 . 3.29 Respuestas de la simulación . 3.30 Respuestas de la simulación .
Simulación del circuito generador del primer tiempo ic .
3.34 Simulación del circuito generador del pulso principal VG2
3.36 Circuito generador del pulso VG2 . 1 O? 3.37 Respuestas de la simulación , 3.38 Respuestas de la simulación , 3.39 Respuestas de la simulación .
3.41 Circuito generador del pulso VG22 . 112 3.42 Respuestas de la simlslaci6n . 3.43 Respuestas de la simulación . 3.44 Simulación del circuito generador de! segundo tiempo fc 3.45 Circuito generador del segundo tiempo de separacijn .
4.1 Formas de onda experimentales del circuito de fuerza . 120 4.2 Formas de onda experimentales del circuito de fuerza . 121 4.3 124 4.4 125 4,5 126 4.6 127 4.7 128 4.8 Capa superior de la tarjeta 1 132
134
.
.
3.46 Respuestas de la simuiación .
Formas de onda experimentales del circuito de control . Formas de onda experimentales del circuito de control . Formas de onda experimentales del circuito de control . Formas de onda experimentales del circuito de control . Formas de onda experimentales del circuito de control .
4.9 Capa inferior con espejo de la tarjeta 1 . 133 4.1 O Capa de componentes de fa tarjeta 2 4.1 1 Capa inferior con espejo de la tarjeta 2 . 135